一种基于三维最小二乘与RANSAC算法的隧道断面检测方法

盾构法因安全高效在地铁隧道等交通设施建设中被广泛应用,为保障建成后隧道的平稳运行需进行定期稳定性检测。相对于全站仪等传统低效率作业方法,短时间内获取大量数据的三维激光扫描技术逐渐成为盾构法隧道检测的首选方法。但隧道内管线、轨道等设施同样被扫描并掺杂在获得的点云数据中,成为影响隧道断面参数计算的噪声点。本文提出一种基于三维最小二乘与RANSAC算法的隧道断面检测方法,该方法首先基于三维最小二乘(Three-Dimensional Least Square Method,3D-LSM)计算隧道点云中轴线整体方向向量来获取隧道断面,进而将获取的三维断面数据转换到二维平面上,随后基于随即抽样一致算法(Random Sample Consensus,RANSAC)建立拟合去噪模型,根据断面数据拟合计算隧道断面的半径和椭圆度。通过青岛某地铁隧道精密检测工作表明:该方法能够应用于三维激光扫描计算隧道断面的椭圆度和半径中,并有效地克服了噪声点对拟合精度的扰动,提高模型拟合计算精度和对粗差点抵抗性。

小曲线半径盾构隧道上穿既有隧道影响分析

为研究新建盾构隧道上穿既有隧道时对下部隧道影响,以南昌某地铁出入线上穿既有盾构隧道工程为依托,结合小曲线半径隧道、盾构机超载等特殊工况,采用有限元进行模拟分析。研究结果表明:盾构机超载将导致既有隧道纵向呈凹槽型沉降变形,最大值约-9.7 mm,管片弯矩值较未开挖时增长34.3%;上部开挖卸载将导致既有隧道纵向呈隆起变形,最大值约8.7 mm,管片弯矩值较未开挖时略有减小;既有隧道在盾构机超载及开挖卸载两者耦合作用下,纵向变形呈"S"型曲线,最大隆起值与最大沉降值差值高达13.8 mm。针对上述分析,提出对既有隧道施加钢支撑环+拱顶注浆的加固措施,隧道最大变形值较未加固时减小44.8%,验证了该加固措施的有效性,对小曲线半径段施工控制重难点进行分析,并提出相应建议,以期为相关工程提供参考依据。

山岭隧道注浆锚杆布置规律研究

在含水丰富的砂土地区,锚杆注浆可以解决隧道建设中围岩稳定差以及地下水侵蚀等问题。然而,注浆锚杆的不合理布置既会造成浆液的浪费,又不能达到预定的注浆效果。该文根据浆液扩散的微分方程,通过软件二次开发实现了隧道中锚杆注浆的数值模拟。结合数理统计,研究山岭隧道中注浆锚杆间距、隧道半径以及注浆时间对注浆圈形成的影响。结果表明:锚杆间距与注浆时间之间存在幂函数关系,而隧道半径与注浆时间之间存在指数函数关系。多心圆隧道中,不同半径段注浆锚杆之间布置的间距需要不同,锚杆间距之间的换算关系可由研究所得的公式完成。

隧道尺度对衬砌背后水压力的影响机理研究

为了明确高水压围岩隧道的隧道半径、复合衬砌厚度以及围岩、注浆加固圈、衬砌渗透系数的相互关系对隧道衬砌背后水压力的影响,本文利用渗流连续性方程与达西定律得到了衬砌背后水压力计算方法。通过分析发现:隧道尺度较小时,隧道半径增大可显著减小衬砌背后水压力;注浆层厚度的增大,增加了渗流路径长度,降低了衬砌背后水压力;随着复合衬砌厚度的增加,衬砌背后水压力逐渐增加,衬砌厚度小于0.8 m时,衬砌厚度对衬砌背后水压力影响较大。本文的计算方法以及分析结果可以为高水压下隧道的衬砌支护设计参数、围岩加固设计参数提供理论参考。

小转弯半径盾构隧道施工应力变形姿态及沉降分析

采用小半径曲线盾构隧道施工的地下轨道交通及基础设施工程越来越多,尤其是电力隧道最小转弯半径可小至90 m,但小转弯半径盾构隧道的施工应力变形以及引起的地表沉降等问题极为复杂,关系到施工设计及安全。以前人研究为基础,采用有限元数值分析方法得出小转弯半径盾构隧道施工应力变形姿态及沉降关系,供类似工程参考。

偏刃刀圈在小转弯半径隧道施工工况中的研究与应用

为开发出适合在小转弯隧道中使用的新型滚刀刀圈,在磨粒磨损原理的基础上,通过研究CSM刀圈侧边受力模型、边缘滚刀破岩机制、磨损量预测公式,进行滚刀切削岩石试验,建立了刀圈与岩石接触力模型,分析了转弯段边缘滚刀刀圈受力情况、针对性设计了偏刃刀圈,并在山东文登小转弯半径隧道掘进段工况下进行常规刀圈和偏刃刀圈工业试验。得出结论如下:1)TBM掘进直线隧道时边缘滚刀所受侧向力不可忽视,侧向力与刀圈同岩石的接触面积和所受的压力有关;2)在直线工况掘进下的边缘滚刀外侧岩石几乎不发生破坏,边缘滚刀内侧对岩石具有“刮擦剪切效应”,刀圈内侧所受侧向力远大于外侧;3)转弯段刀圈内侧受力严重偏离了正压力方向,加速边缘滚刀刀圈内侧的磨损;4)在掘进距离达145.43 m时,19^(#)和20^(#)刀位的偏刃刀圈较常规刀圈磨损速率分别降低7.4%和17.5%。因此,偏刃刀圈更加适用于小转弯工况下的隧道掘进。

小转弯半径盾构隧道的施工变形规律研究

地下轨道交通隧道和电力输送隧道一般采用盾构法施工,通常需要采用小曲率半径的曲线隧道绕过城市中密集的建筑物和各种管道等障碍物,特别是电力隧道转弯曲率半径可小至100m,以适应隧道在弯曲街道下延伸。小曲率半径盾构隧道的施工变形以及引起的环境安全问题非常复杂,是盾构隧道施工设计和施工安全的关键性问题。通过采用有限元数值方法对小转弯半径盾构隧道的施工变形进行分析,为设计、施工和安全分析提供依据。

小直径盾构施工中对小转弯半径隧道管片拼装质量的管控

结合北京市丰台区马家堡西路等3条再生水及污水管线工程盾构隧道管片拼装经验，详细介绍了小转弯半径隧道管片拼装技术及质量管控措施，可供工程技术人员和类似工程参考。

隧道洞壁剪应力分布特征及影响因素分析

以隧道围岩位移为参量,推导出仅由围岩变形而产生的隧道洞壁剪应力计算公式。根据隧道洞壁剪应力计算公式可知,影响隧道洞壁剪应力分布的因素有隧道洞壁的部位、围岩弹性模量、隧道半径、锚杆间距、初始地应力因素。本文详细分析了隧道洞壁剪应力的分布特征以及这5个因素对隧道洞壁剪应力分布的影响程度,为隧道的支护设计提供了参考。

螺旋隧道最佳线形曲率研究

基于四川省九寨沟-绵阳公路螺旋隧道的工程背景,采用有限元方法研究了螺旋隧道的线性曲率,主要研究结论如下。(1)从围岩应力特征的角度来看,螺旋隧道外部的围岩应力大小与变形情况都随螺旋隧道的曲率半径的减小而增大,并且增加速度随曲率半径减小而加快。(2)螺旋隧道外部围岩的塑性区大小随曲率半径减小从无到有,塑性区的面积伴随螺旋隧道曲率半径减小而增大。(3)从螺旋隧道初次支护受力的方面来看,随螺旋隧道曲率半径的减小,螺旋隧道初次支护的最大拉应力不断增大,而且增加的速度随着曲率半径的减小而加快。

人工水平冻结地表融沉规律的数值分析

人工水平冻结法施工中解冻融缩与地表移动问题是其首要的环境岩土工程问题,预测和控制融沉量是冻结法能否成功实施的关键因素.通过系统数值试验研究各冻结设计参数对人工水平冻结地表融沉的影响规律.研究表明:地表最大融沉位移随冻结壁厚度、隧道半径、融沉系数的增大而增大,随隧道埋深的增大而减小,各参数对人工冻结引起地表融沉的影响效果由大到小排序依次是土体融沉系数、冻结壁厚度、隧道半径、隧道埋深.根据数值模拟结果,建议在实际工程中,采用强制解冻,跟踪注浆;减少冻结时间即减少冻结壁厚度;以降低土体中的初始含水量即减小融沉系数等措施来减小融沉及其对周围环境的影响.

楔形环管片纵向接头对施工荷载力学响应研究

楔形环管片是盾构隧道曲线段的重要组成部分。以珠海-澳门轻轨某急弯隧道为例,利用ANSYS有限元软件计算了楔形环管片在不同管片幅宽、楔形量、隧道曲率半径、千斤顶压力等条件下管片纵向接头的受力情况,重点分析了管片环间接头的最大正负弯矩。研究结果表明:随着盾构隧道曲线半径减小,正负最大弯矩均增大,不同隧道转弯半径下,管片最大正负弯矩均随接头抗弯刚度的增大而增大;不论正负弯矩,均有管片幅宽越小最大弯矩越大的现象。不同管片幅宽下,管片最大正负弯矩均随接头抗弯刚度的增大而增大;曲线半径为150 m时,最大正弯矩基本随着千斤顶压力呈线性增大的趋势,最大约为1 180 k N·m。研究结果对今后的急弯盾构隧道管片设计有一定的指导意义。